9월 8일자 의공학연구소 정례세미나는 유기준 교수(연세대학교)를 연자로 초청하여 'Unconventional Bio-integrated electronics towards human-machine interfaces' 를 주제로 온라인으로 개최하였다.

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뇌신경과학자들은 뇌의 네트워크를 분석하여 ‘뇌지도’를 만들기 위해 지난 수백 년 동안 노력했지만 아직도 뇌의 분석은 원시적인 수준에 머물러 있다.  초창기 학자들은 외상을 입은 뇌를 해부하거나 피관찰자가 직접 자신의 상태를 기술하는 방법 등을 통해 뇌를 연구해 왔다.

 

그러나 이러한 방법으로는 특정 자극에 대한 반응을 확인하지 못할 뿐더러 실시간으로 살아있는 생명의 행동을 관찰하지 못했다. 이로 인해 뇌에 대한 많은 가설들이 검증되지 못했고 뇌과학의 발전은 더디게 진행되었다.

 

이후 뇌전도(EEG)와 컴퓨터단층촬영(CT), 양전자방출단층촬영(PET), 자기공명영상(MRI) 등 다양한 뇌영상기술이 탄생하면서 뇌과학은 그나마 발전할 수 있게 됐지만 아직까지도 많은 학자들이 기존의 영상기술을 발전시키거나 새로운 영상기술을 발명하기 위해 고군분투하고 있다.

 

최근 뇌파를 전기적으로 측정할 수 있는 시스템은 MRI, CT, PET등과 같이 간접적으로 뇌를 이미징(Imaging)하는 기법보다 직접적으로 뇌에서 나오는 신호를 측정할 수 있는 피질전도(ECoG) 및 뇌전도(EEG)가 각광받고 있다.

 

그러나 이러한 시스템은 전극의 개수(100여 개)가 뉴런의 개수(100억 개 이상)보다 현저히 작아 제한된 정보만을 얻을 수밖에 없다. 또한, 사람의 피부나 장기는 복잡한 곡면으로 이루어져 있는데 반해 현재 상용화된 대부분의 뇌파 측정용 소자는 딱딱하고 유연하지 못해 사람의 몸에 직관적으로 좋은 계면을 이루는 데 한계가 있어, 정확히 신호를 읽고 예측하는 데 어려움이 있었다.

유연한 소자를 이용해 피부에 직관적인 접촉을 이루면 소자와 뇌의 계면 문제를 해결할 수 있겠지만, 복잡한 회로로 구성되어 많은 전극으로 이루어진 전자소자는 체내 삽입 후 체액의 침투로 인해 쉽게 고장을 일으키기 때문에 능동 회로로 이루어진 전자소자의 장기 삽입은 난제로 여겨졌다.

 

그로 인해 현재 상용화돼 있는 소자들은 금속으로 이루어진 100여 개의 전극으로 이루어진 저항 소자로 낮은 퀄리티의 뇌파를 측정하고 있었다.

연자는 위의 한계를 극복하고 수천 개의 전극으로 이루어진 영구 체내 삽입용 고집적 능동형 유연 전자소자를 최초로 개발했다고 소개하였다.

 

이를 통해 영장류인 원숭이 뇌에 박막의 소자를 직관적으로 삽입하고 뇌 관련 질환을 초고해상도로 측정했으며, 1 마이크로미터(10m) 미만의 두께를 갖는 이산화규소(SiO2) 보호막을 통해 전자소자의 고장 없이 70년 이상의 삽입 수명을 갖는다는 것을 규명하였다.